Введение

Количественное определение химического вида на основе его массы, измерения гравитационных полей. Гравиметрический анализ описывает набор методов, используемых в аналитической химии для количественного определения аналита (анализируемого иона) на основе его массы. Принцип данного типа анализа заключается в том, что после определения массы иона в виде конкретного соединения, это известное значение можно использовать для определения массы того же аналита в смеси, при условии, что известны относительные количества других компонентов. Четыре основных типа этого метода анализа – осаждение, выжигание, электроаналитический и прочие физические методы. Методы включают изменение фазы аналита для его отделения в чистом виде от исходной смеси и являются количественными измерениями.

Процедура

Образец растворяют, если он еще не находится в растворе. Раствор может быть обработан для регулирования pH (чтобы образовался нужный осадок или для подавления образования других осадков). Если известно, что присутствуют вещества, мешающие анализу (также образующие осадок в тех же условиях, что и определяемое вещество), образец может потребовать обработки другим реагентом для удаления этих мешающих веществ. Осаждающий реагент добавляют в концентрации, способствующей образованию "хорошего" осадка (см. ниже). Это может потребовать низкой концентрации, длительного нагревания (часто называемого "выдерживанием") или тщательного контроля pH. Выдерживание может помочь уменьшить количество соосаждения. После образования осадка и его выдерживания раствор тщательно фильтруют. Фильтр используется для сбора осадка; более мелкие частицы труднее отфильтровать. В зависимости от применяемой методики, фильтр может быть куском беззольной фильтровальной бумаги в воронке с ребристой стенкой или фильтровальным тиглем. Фильтровальная бумага удобна тем, что обычно не требует предварительной очистки; однако некоторые растворы (например, концентрированные кислоты или щелочи) могут химически воздействовать на фильтровальную бумагу, и она может порваться при фильтрации больших объемов раствора. Альтернативой является тигель, дно которого изготовлено из пористого материала, такого как спеченное стекло, фарфор или иногда металл. Эти материалы химически инертны и механически стабильны даже при повышенных температурах. Однако их необходимо тщательно очищать, чтобы минимизировать загрязнение или перенос (перекрестное загрязнение). Для улавливания мелких частиц часто используют прокладку из стекловаты или асбестового волокна. После фильтрации раствора необходимо проверить, полностью ли осадилось определяемое вещество. Это легко сделать, добавив несколько капель осаждающего реагента; если образуется осадок, осаждение неполное. После фильтрации осадок – вместе с фильтровальной бумагой или тиглем – нагревают или прокаливают. Это позволяет: удалить остаточную влагу (высушить). Во-вторых, осадок превращается в более химически стабильную форму. Например, ион кальция можно осадить ионом оксалата с образованием оксалата кальция (CaC₂O₄); затем его можно нагреть для превращения в оксид (CaO). Крайне важно знать эмпирическую формулу взвешенного осадка и убедиться в его чистоте; если присутствуют две формы, результаты будут неточными. Осадок нельзя взвесить с необходимой точностью на фильтровальной бумаге, и его нельзя полностью удалить с фильтровальной бумаги для взвешивания. Осадок можно осторожно нагреть в тигле, пока фильтровальная бумага не сгорит; это оставит только осадок. (Как следует из названия, используется "беззольная" бумага, чтобы осадок не был загрязнен золой.) После охлаждения осадка (желательно в эксикаторе, чтобы предотвратить поглощение влаги) его взвешивают (в тигле). Для расчета конечной массы определяемого вещества из конечной массы тигля, содержащего образец, вычитают начальную массу пустого тигля. Поскольку состав осадка известен, легко рассчитать массу определяемого вещества в исходном образце.

Пример

Кусок руды должен быть проанализирован на содержание серы. Его обрабатывают концентрированной азотной кислотой и хлоратом калия для преобразования всей серы в сульфат (SO4). Нитраты и хлораты удаляются путем обработки раствора концентрированной HCl. Сульфат осаждается барием (Ba2+) и взвешивается в виде BaSO4.

Преимущества

Гравиметрический анализ, при строгом соблюдении методик, обеспечивает исключительно точные результаты. Фактически, гравиметрический анализ использовался для определения атомных масс многих элементов в периодической таблице с точностью до шести значащих цифр. Гравиметрия оставляет очень мало места для инструментальных ошибок и не требует использования серии стандартов для вычисления неизвестного вещества. Кроме того, для проведения анализа часто не требуется дорогостоящее оборудование. Благодаря высокой степени точности, гравиметрический анализ, при правильном выполнении, может также использоваться для калибровки других приборов вместо эталонных образцов. В настоящее время гравиметрический анализ используется для ознакомления студентов бакалавриата по химии и биохимии с лабораторными работами на уровне магистратуры, и является высокоэффективным инструментом обучения для тех, кто планирует поступать в медицинский или исследовательский аспирантский курс.

Недостатки

Гравиметрический анализ обычно позволяет анализировать только один элемент или ограниченное число элементов за один раз. Сравнение современного динамического быстрого сгорания в сочетании с газовой хроматографией с традиционным анализом сгорания показывает, что первый метод быстрее и позволяет одновременно определять несколько элементов, в то время как традиционный анализ ограничивался определением углерода и водорода. Методы часто сложны, и даже небольшая ошибка в процедуре может привести к неудаче анализа (например, образование коллоидов при гравиметрическом анализе осаждением). В сравнении с надёжными методами, такими как спектрофотометрия, анализ с их использованием гораздо эффективнее.